Погружной пневмоударник для бурения скважин Советский патент 1982 года по МПК E21B4/14 

(54) ПОГРУЖНОЙ ПНЕВМОУДАРНИК ДЛЯ БУРЕНИЯ СКВАЖИН

Изобретение касается погружного пневмоударника для бурения скважин и может быть использовано при бурении глубоких скважин. Известен погружной пневмоударник, включающий цилиндр с аксиально-подвижным в нем ударным поршнем, взаимодействующим с буровой коронкой, при этом подача воздуха осуществляется через клапан, а его распределение - с помощью устройства в виде центрально расположенного трубчатого щтока и золотника с упругими элементами. Цилиндр в средней части имеет выхлопные окна, а нижняя его часть перекрывается хвостовиком буровой коронки 1. В связи с тем, что в этом пневмоударнике выхлопные окна расположены в средней части цилиндра, то для подачи воздуха от выхлопных окон к буровой коронке для ее охлаждения и очистки забоя скважины необходимы каналы. Они могут быть выполнены в стенках корпуса, которые в этом случае делаются утолщенными, либо образованы с помощью кожуха, устанавливаемого снаружи цилиндра. В результате это приводит к уменьшению рабочей площади ударного поршня и, как следствие, к снижению мощности пневмоудариика. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является погружной пневмоударник для бурения скважин, содержащий корпус, разделенный поперечной перегородкой на верхнюю и нижнюю камеры, где верхняя соединена с подводящей воздух магистралью, ударный поршень с центральным и радиальными каналами, расположенный в нижней камере аксиально подвижно с возможностью взаимодействия с буровой коронкой, размещенный в верхней камере цилиндр, несущий порщень со штрком, проходящим через перегородку и сочлененным с ударным порщнем, канал, сообщающий подпоршневые полости цилиндра и нижней камеры, и два воздухораспределительных устройства, одно из которых установлено в верхней, а другое - в нижней камере 2. В процессе работы известного пневмоударника из-за принятой конструкции воздухораспределительных устройств среднее индикаторное давление воздуха при холостом и рабочем ходах будет ниже давле1.,1я воздуха в подводящей магистрали. Кроме того, в начале рабочего хода ударного поршня в камере холостого хода отсекается часть воздуха, который создает дополнительное сопротивление перемещению ударного поршня вниз. В связи с этим ударная мощность известного пневмоударника снижается. Цель изобретения - повышение ударной мощности пневмоударника. Эта цель достигается тем, что верхнее воздухораспределительное устройство выполнено в виде клапана с рабочей боковой поверхностью в перегородке корпуса и порщневого кольца внутри цилиндра, подвижных относительно проходящего через них штока, а нижнее воздухораспределительное устройство - в виде золотниковой втулки, установленной на входе центрального канала ударного порщня и служащей для управления подачей воздуха в него из надпоршневой полости нижней камеры. На фиг. 1 показан общий вид пневмоударника в положении, соответствующем концу рабочего хода, продольный разрез; на фиг. 2 - то же, в положении, соответствующем концу холостого хода. Пневмоударник имеет корпус I (фиг. I и 2), разделенный внутри поперечной перегородкой 2 на верхнюю 3 и нижнюю 4 камеры, где верхняя камера 3 ограничена переходником 5 с отверстием 6 для поступления сжатого воздуха из подводящей магистрали (не показана), а нижняя камера 4 - хвостовиком 7 буровой коронки (не показана) и шайбой 8, в которой выполнены выхлопные каналы 9. В верхней камере 3 расположен цилиндр 10, несущий поршень 11 со штоком 12, имеющим осевой канал 13 и соединенным с ударным поршнем 14, находящимся в нижней камере 4. Шток 12 пропущен через отверстие 15 перегородки 2, клапан 16 и поршневое кольцо 17 сопрягаемое своей боковой поверхностью с боковой стенкой цилиндра 10. Клапан 16 своей рабочей боковой поверхностью сопрягается с отверстием 15 в перегородке 2, служащим гнездом для него. Клапан 16 и кольцо 17 имеют возможность осевого перемещения относительно штока 12. Ударный порщень 14 снабжен центральным 18 и радиальными 19 каналами для прохода врздуха, при этом на. входе центрального канала 18 установлена золотниковая втулка 20, которая управляет подачей воздуха из подпоршневои полости 21 нижней камеры 4 в канал 18. Через осевой канал 13 штока 12 надпоршневая полость 21 может сообщаться с надпоршневой полостью 22 цилиндра 10. Его подпоршневое пространство сообщается с верхней камерой 3 радиальными отверстиям-и 23., Для взаимодействия клапана 16 при осевом перемещении штока 12 служит его упор 24, расположенный ближе к ударному поршню 14. Перед началом работы поршни 11 и 14, клапан 16 и золотниковая втулка 20 находятся в нижнем положении, как показано на фиг. 1. При этом надпорщневые полости 21 и 22 камер 3 и 4 сообщаются с атмосферой посредством центрального кана.ла 18 и каналов 9. Отверстие 15 в перегородке 2 перекрыто клапаном 16. При подаче сжатого воздуха в верхнюю камеру 3 он через радиальные отверстия 23 поступает под порщень 11, перемещая его и поршень 14 вверх. В конце хода порщня 11 его шток 12 своим упором 24 переместит клапан 16 вверх. В результате давления воздуха на клапан 16 происходит торможение поршней 11 и 14. В процессе торможения золотниковая втулка 20 перемещается вверх и разобщает канал 18 от надпорщневой полости 21 нижней камеры 4. После того, как клапан 16 откроет отверстие 15, происходит окончательное торможение и остановка поршня 11 и клапана 16 воздухом, поступающим в надпоршневую полость 21 нижней камеры 4 через отверстие 15. Тогда под действием давления воздуха на ударный поршень 14 он и поршень 11 со штоком 12 перемещаются вниз. Клапан 16 остается в своем верхнем положении, удерживаемый поршневым кольцом 16. Происходит рабочий ход. В конце рабочего хода поршень 11 перемещает вниз клапан 16, который перекрывает отверстие 15, и удар.ный поршень 14 наносит удар по хвостовику 7 буровой коронки. В процессе удара золотниковая втулка 20 перемещается вниз и открывает канал 18 для сброса отработанного воздуха через каналы 19 и 9 на забой буримой скважины. В надпорщневых полостях 22 и 21 давление воздуха резко падает. Поршни II 14 начинают перемещаться вверх и цикл далее повторяется. Соединение полостей 21 и 22 каналом 13 штока 12 обеспечивает при рабочем ходе равенство давлений воздуха в них. Поэтому в процессе рабочего хода не создается усилий, направленных вверх против движения ударного поршня 14. Кроме того, наличие канала 13 включает в рабочую площадь ударного поршня 14 площадь сече„ия штока 12, что дает возможность увеличить рабочую площадь ударного порщня 14 д максимального значения и повысить ударную мощность пневмоударника. Формула изобретения Погружной пневмоударник для бурения скважин, содержащий корпус, разделенный